WO2007114031A1 - レーザ照射装置及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法 - Google Patents

レーザ照射装置及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法 Download PDF

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WO2007114031A1
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spot
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semiconductor
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Yoshiaki Ogino
Katsumi Kimura
Yasuhiro Iida
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Hitachi Computer Peripherals Co., Ltd.
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    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

Definitions

  • Laser irradiation apparatus Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method of manufacturing modified object
  • the present invention relates to a laser irradiation apparatus and a laser irradiation method suitable for a flat display manufacturing system, and a method for manufacturing a modified object, and in particular, amorphous silicon (non-crystalline silicon formed on an insulating substrate).
  • Laser irradiation apparatus and laser irradiation method suitable for a flat display manufacturing system for reforming a silicon film by irradiating a laser beam to (poly) and polysilicon (polycrystalline) and a method for manufacturing a modified target object About.
  • a display device in recent years uses a liquid crystal element as a display element, and a driver circuit of the liquid crystal element (pixel element) and the liquid crystal element is called a thin film transistor (TFT), hereinafter referred to as a TFT. It consists of).
  • TFT thin film transistor
  • This TFT requires a process of reforming amorphous silicon formed on a glass substrate into polysilicon in the manufacturing process.
  • modification means changing the physical characteristics of a substance which is not limited to changing amorphous silicon to polysilicon.
  • the silicon film is modified by laser irradiation, and impurities are mixed from the insulating substrate 72 onto the insulating substrate 72 of quartz glass or alkali-free glass as shown in FIG. Forming an undercoat film (SiO.sub.2) 73 to block the undercoat film;
  • Forming an amorphous silicon film surface 74 thereon irradiating the amorphous silicon film surface 74 with a linear laser beam 75 using a high power laser as a light source, and scanning in a short direction of the linear laser beam 75 74A to reform the polysilicon 74B, cutting out polysilicon only at the position constituting the TFT, and a gate oxide film (SiO 2) thereon
  • the process of forming a source Z drain by implanting a predetermined impurity ion into 2 and forming an aluminum electrode on the source Z drain and covering the whole with a protective film also forms a TFT.
  • SiN or SiON may be sandwiched between the insulating substrate 72 and the undercoat film 73.
  • the silicon film modification process by the laser irradiation is generally an excimer laser annealing using an excimer laser, and the silicon film is irradiated with a XeCl excimer laser having a wavelength of 307 nm with a high light absorption rate and a pulse width of several tens of ns. and a relatively low!
  • the excimer laser has a large output of several hundreds W, can form a large linear laser spot with a length of one side or more of a rectangular one glass, and can form the entire silicon film formed on the one glass. It has the feature that it can be reformed efficiently at once.
  • the crystal grain size of polysilicon that strongly affects the performance of TFT is as small as lOOnm to 500nm.
  • the field effect mobility which is an index of TFT performance, may be about 150 cm 2 ZV's. it can.
  • Patent Document 1 discloses a silicon film while continuously emitting light (CW) using a solid-state laser for semiconductor excitation as a light source.
  • a high quality amorphous silicon film with large crystal grains elongated in the scanning direction can be formed, or amorphous silicon can be linearly It is described that field effect mobility of 300 cm 2 ZV's or more can be obtained by fluttering in an island shape or an island shape (island shape) to form a high performance TFT.
  • Patent Document 2 describes the width in the scanning direction of a linear laser spot formed on a silicon film as a method of forming a large crystal grain elongated in the scanning direction using a continuous light emitting solid-state laser for semiconductor excitation.
  • the document describes the relationship between scanning speeds.
  • the main solid-state lasers described in the above-mentioned patent documents are the second high-power Nd: YVO lasers with a wavelength of 532 nm.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-86505
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-217214 Disclosure of the invention
  • the excimer laser oscillator serving as the light source is the gas laser, so that the laser output becomes unstable and it becomes difficult to uniformly modify the silicon film on the substrate immediately.
  • the bias of the TFT performance is likely to occur.
  • deterioration of the laser oscillation tube, optical components, filling gas, etc. progresses, and short-term maintenance is required to prevent reformation defects that are nonuniformities in the equipment.
  • the productivity decline resulting from stability, maintainability, and running costs can not be avoided, and there was also a problem that the scale of the device was large and heavy and massive.
  • the apparatus using the solid-state laser for semiconductor excitation described in the patent document utilizes the second harmonic as described above, the optical output power is small relative to the apparatus input power. There was a defect that said that was not enough. Furthermore, the device using a solid-state laser has an output laser wavelength of 532 nm, and the light absorption peak value (about 300 nm) of silicon is far apart, so that the light energy absorption of the silicon film becomes large and the device injection Compared to Nergi, there was also a defect that the silicon reforming energy was smaller and the energy conversion efficiency was not favorable.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems caused by the prior art, and is a laser that reforms a silicon film that is excellent in output stability and maintenance, can save space, and can be reduced in running cost. It is an object of the present invention to provide an irradiation apparatus, a laser irradiation method, and a method of manufacturing a modified object.
  • the present invention is a laser irradiation apparatus that modifies an object by laser irradiation, and a plurality of first semiconductor lasers that emit laser light having a laser wavelength of 370 nm to 480 nm.
  • a first feature of the present invention is to provide a semiconductor laser element group in which elements are disposed, and irradiating a linear laser spot having a total irradiation output value of 6 W or more and 100 W or less.
  • the light compensator and the objective lens have a length in the lateral direction of lun!
  • the third feature of the present invention is to shape a linear laser spot having a length of 1 mm to 30 mm in a length direction of 1 to 30 um, and in the laser irradiation apparatus having any of the features described above, a line irradiated to an object Laser
  • the focus error signal generation means for generating a focus error signal based on the return laser beam of the laser spot, and the objective lens drive circuit for driving the objective lens in the direction perpendicular to the surface of the object
  • the focus error signal generation unit includes a second semiconductor laser element that emits a laser beam for laser focusing with a laser wavelength of 500 nm to 900 nm.
  • a laser intensity distribution detecting means which is disposed on the light path of the linear laser spot and detects the laser intensity distribution of the linear laser spot.
  • the laser irradiation apparatus wherein the control means outputs the laser output values of the plurality of first semiconductor laser elements intermittently in time and outputs the pulse output control
  • the pulse output control function has an oscillation frequency of 0.1 to 5 ⁇ ⁇ ⁇ , pulse duty of 10% to 90%, ratio of pulse top output (Pt) to pulse bottom output (Pb) (Pb /
  • a seventh feature is to control the laser driver so as to emit light under conditions of 50% or less of PtXIOO).
  • the linear laser spot irradiated to the object is rotated within an angle range of 0 ° to 90 ° within the plane of the object.
  • the linear laser spot irradiated to the object is provided in the direction of the surface of the object.
  • the object in the laser irradiation apparatus according to any one of the above-described aspects, the object includes amorphous silicon formed on a glass substrate into polysilicon.
  • a tenth feature is a thin film transistor for a display device.
  • the present invention also includes a semiconductor laser device group in which a plurality of first semiconductor laser devices emitting laser light having a laser wavelength of 370 nm to 480 nm is disposed, and the semiconductor laser device group irradiates a linear laser spot.
  • a laser irradiation method of a laser irradiation apparatus for reforming an object by performing the laser irradiation method, wherein a linear laser spot having a total irradiation output value of 6 W or more and 100 W or less of the semiconductor laser element group is Irradiation is an eleventh feature.
  • an optical fiber for transmitting laser light emitted from the plurality of first semiconductor laser devices, and the optical fiber in a longitudinal direction.
  • An optical compensator and an objective lens for condensing a laser beam which also outputs the optical compensator force as a linear laser spot on a target object are provided, and the laser beams emitted from the plurality of first semiconductor laser elements are linearly
  • the light is transmitted to the optical compensator by the optical fiber held by the bundle, the optical compensator shapes the laser beam into a linear shape, and the laser intensity distribution is smoothed and emitted to the objective lens, and the objective lens is output.
  • the light compensator and the objective lens have a length in the lateral direction of lun! ⁇ 30 um and the length in the long direction is lmn!
  • a thirteenth feature of the present invention is to modify the target by irradiating the target with a linear laser spot molded into a size of 30 to 30 mm, and in the laser irradiation method according to the thirteenth feature, the target is irradiated.
  • Focus error signal generating means for generating a focus error signal based on the return laser beam of the linear laser spot, and a direction perpendicular to the surface of the object
  • an objective lens drive circuit for driving the objective lens, wherein the focus error signal generation means generates a focus error signal based on the return laser beam of the linear laser spot irradiated to the object, and the objective lens drive circuit.
  • a fourteenth feature of the present invention is that the object is modified while performing focus control in which the object lens drives the lens in a direction perpendicular to the surface of the object.
  • a second semiconductor laser element for emitting the second laser beam, and the focus error signal generation means emits the second semiconductor laser element at a wavelength of 500 ⁇ !
  • a fifteenth feature is to modify an object while performing focus control using a laser beam for laser focusing of ⁇ 900 mm.
  • laser intensity distribution detection means disposed on the optical path of the linear laser spot, for detecting the laser intensity distribution of the linear laser spot;
  • a laser driver for controlling the laser output value of the plurality of first semiconductor laser elements; and
  • a control means for controlling the laser driver such that the laser intensity distribution obtained by the laser intensity distribution means falls within a predetermined range.
  • the laser intensity distribution detection means detects the laser intensity distribution of the linear laser spot, and the laser driver controls the laser intensity distribution of the plurality of first semiconductor laser elements under the control of the control means, while the target object is
  • the laser output value of the plurality of first semiconductor laser devices is
  • the control means has a pulse output control function that outputs intermittently and intermittently, and the pulse output control function oscillation frequency of the control means is 0.1 to 5 ⁇ ⁇ ⁇ , pulse duty is 10% to 90%, pulse top output
  • An eighteenth feature of the present invention is characterized in that the laser driver is controlled to emit a pulse under a condition of 50% or less of a ratio (Pb / PtX100) of (Pt) to a pulse bottom output (Pb).
  • a spot rotating means for rotating the linear laser spot within a predetermined angle range is provided, and the spot rotating means force linear laser spot is within 0 ° of the surface of the object.
  • An eighteenth feature of the present invention is the modification of an object by rotating it within an angle range of 90 90 °, and in the laser irradiation method according to any of the tenth to the eighteenth features, the linear shape irradiated on the object Laser spot A scanning mechanism for scanning the object relative to the surface direction of the object, The scanning mechanism according to any one of 10 to 19, characterized in that the object is modified while scanning the linear laser spot relative to the surface direction of the object.
  • the twentieth feature of the invention is that the object is a thin film transistor for a display device in which amorphous silicon formed on a glass substrate is reformed into polysilicon.
  • the present invention is a method of manufacturing an object, wherein the object is manufactured by laser irradiation, and a plurality of first semiconductor laser elements emitting laser light whose laser wavelength is 370 nm to 480 nm are used.
  • a target semiconductor laser element group is provided, and the target semiconductor laser element group is modified by irradiating the target with a linear laser spot having a total irradiation output value of 6 W or more and 100 W or less.
  • an optical fiber for transmitting emitted laser light and a length of the optical fiber are used.
  • the output laser beam is linearly shaped and the laser intensity distribution is smoothed and output
  • An optical compensator and an objective lens for condensing the laser beam output from the optical compensator as a linear laser spot on an object are provided, and the plurality of first semiconductor laser elements are linearly bundled Is transmitted to the optical compensator by the optical fiber held by the light source, the optical compensator shapes the laser beam into a linear shape, smoothes the laser intensity distribution, and irradiates the objective lens with the objective lens.
  • Subject A twenty-second feature is to focus light onto an object as a linear laser spot.
  • the present invention is characterized in that the light compensator and the objective lens have a length in the lateral direction of lun! ⁇ 30 um and the length in the longitudinal direction is lmn!
  • a twenty-third feature of the present invention is the irradiation of the target with a linear laser spot formed into a size of 30 to 30 mm, and in the method for producing the target according to any of the twenty-first to twenty-third features,
  • a second semiconductor laser element having a different laser wavelength focus error signal generation means for generating a focus error signal based on a return laser beam obtained by irradiating the object with the laser beam by the second semiconductor laser element, an object And an objective lens drive circuit for driving the objective lens in a direction perpendicular to the surface of the
  • the focus error signal generation means generates a focus error signal based on the return laser beam of the linear laser spot irradiated to the object, and the objective lens drive circuit drives the object lens in a direction perpendicular to the surface of the object
  • a focus error signal generating means having a second semiconductor laser device having a laser wavelength of 500 nm to 900 nm in the method of manufacturing an object according to any one of the twentieth to twenty fourth aspects of the present invention.
  • the laser intensity of the linear laser spot is disposed on the optical path of the linear laser spot.
  • Laser intensity distribution detecting means for detecting a distribution
  • a laser driver for controlling laser output values of the plurality of first semiconductor laser elements, and laser intensity distribution obtained from the laser intensity distribution means falling within a predetermined range
  • a control means for controlling the laser driver, the laser intensity distribution detection means detecting a laser intensity distribution of a linear laser spot, and the laser driver controlling the control means controls the laser intensities of the plurality of first semiconductor laser elements
  • a twenty-fifth feature of the present invention is a method for manufacturing an object according to the twenty-sixth feature, wherein the control means comprises modifying the plurality of 1 has pulse output control for intermittently outputting the laser output value of the semiconductor laser element temporally, and the pulse output control function oscillation frequency of the control means is 0.1 to 5 and the pulse duty is 10% to 90
  • the laser driver is controlled to emit pulses at a ratio
  • spot rotation in which the linear laser spot is rotated at a predetermined angle range with respect to the surface of the object.
  • Means is provided, and the spot rotating means is characterized in that the object is modified by rotating the linear laser spot within the plane of the object at 0 ° to 90 ° as a twenty-eighth feature.
  • a twenty-ninth feature of the present invention is characterized in that the scanning mechanism is configured to modify the object while scanning the linear laser spot relative to the surface direction of the object.
  • the object is a thin film transistor for a display device, which reforms amorphous silicon formed on a glass substrate into polysilicon. I assume.
  • a laser irradiation apparatus for modifying an amorphous silicon film having a film thickness by laser irradiation, which is a laser beam of a laser wavelength having a light penetration length equivalent to the film thickness of the amorphous silicon.
  • the semiconductor laser device group emits a linear laser spot having a total irradiation output value of 6 W or more and 100 W or less.
  • the present invention is a laser irradiation method of a laser irradiation apparatus for modifying an amorphous silicon film having a film thickness by laser irradiation, and a laser wavelength having a light penetration length equal to the film thickness of the amorphous silicon. It is preferable to provide a semiconductor laser element group that emits the laser light of the third aspect, and irradiate a linear laser spot to the amorphous silicon film while setting the total irradiation output value of the semiconductor laser element group to 6 W or more and 100 W or less. It features.
  • the present invention is a method of manufacturing an object having a film thickness modified by laser irradiation, and emitting a laser beam having a light penetration length equal to the film thickness of the object with a laser wavelength.
  • the semiconductor laser device group is characterized by irradiating the object with a linear laser spot having a total irradiation power value of 6 W or more and 100 W or less. .
  • the laser irradiation apparatus and the laser irradiation method according to the features described above are targeted by using linear laser spots output from a plurality of semiconductor laser elements having a laser wavelength of 370 nm to 480 nm and a total irradiation output of 6 W or more and 100 W or less.
  • the objectives of output stability, easy output control, high light conversion efficiency, space saving, etc. can be achieved.
  • the depth of the silicon film is irradiated by irradiating the target object such as the amorphous silicon film having the thickness to be irradiated with a laser beam having the same light penetration length as the thickness of the target object. Crystal growth in the plane direction of the silicon film while suppressing crystal growth in the vertical direction Can be promoted.
  • FIG. 1 is a view for explaining the basic configuration of a laser irradiation apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a view for explaining a focus control system of the laser irradiation apparatus according to the present invention
  • FIG. 3 is a laser irradiation according to the present invention
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the spot rotation of the device
  • FIG. 4 is a diagram for explaining laser intensity distribution detection and laser output control of the laser irradiation device according to the present invention
  • FIG. 1 is a view for explaining the basic configuration of a laser irradiation apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a view for explaining a focus control system of the laser irradiation apparatus according to the present invention
  • FIG. 3 is a laser irradiation according to the present invention
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the spot rotation of the device
  • FIG. 4 is a diagram for explaining laser intensity distribution detection and laser output control of the laser irradiation device according to the present invention
  • FIG. 5 is a laser intensity in the laser irradiation device of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the distribution control method
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the laser irradiation method according to the present invention
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the display and the laser scanning position
  • FIG. FIG. 9 is a view for explaining an on 'glass display
  • FIG. 9 is a view showing a general structure on a substrate and modification of a silicon film by laser irradiation.
  • a laser irradiation apparatus includes a semiconductor laser element group 1A including a plurality of semiconductor laser elements 1 as shown in FIG. 1, and a receptacle for focusing laser light on an optical fiber 12 A module (connector: not shown), an optical fiber 12 for guiding the laser light emitted from the semiconductor laser device 1, and a plurality of the optical fibers 12 parallel to the length direction of the optical fiber It comprises a straight bundle 3 for aligning in a line, an optical compensator 4 to be described later, and an objective lens 5 for condensing the laser light output from the optical compensator 4.
  • the semiconductor laser device 1 emits, for example, blue laser light having a laser wavelength of 370 nm to 480 nm and an output of several hundred mW per one, and can be arranged in large numbers for small size. You can decide the number accordingly.
  • the receptacle module is attached in the vicinity of the irradiation section of the semiconductor laser device 1, and it is preferable that the laser light be focused on the optical fiber 12 and the coupling efficiency be high.
  • the optical fiber 12 has a characteristic of efficiently transmitting a laser wavelength of 370 nm to 480 nm, and preferably has a diameter of 50 ⁇ m or less, which is preferable when the core radius is narrow.
  • the straight bundle 3 has the other end opposite to the semiconductor laser device (LD) side of the optical fiber 1 straight in a line
  • the function of arranging adjacent optical fibers 1 without approaching or leaving a space, the function of matching the parallelism of the central axis of each optical fiber with high accuracy, and the right angle with the central axis of the optical fiber Has the function of aligning the end faces of each optical fiber in the direction with high accuracy without unevenness
  • the above-mentioned optical compensator 4 performs top-flat irradiation of the longitudinal laser intensity distribution with respect to the laser light 6 linearly emitted from the end face of the optical fiber 12 in the straight bundle 3. It has a function and a function to perform beam shaping so that the short direction length d of the laser spot formed on the silicon film surface (not shown) of the objective lens 5 becomes a predetermined value, and a plurality of cylindrical lenses are arranged. It may be configured with a commonly called homogenizer.
  • the objective lens 5 strongly narrows the laser beam 7 emitted through the light compensator 4 onto a silicon film surface (not shown).
  • the optical component which comprises the above-mentioned laser irradiation apparatus by this embodiment is a component from which a high characteristic is obtained by blue wavelength (wavelength 370 (eta) pi!-480 nm).
  • the laser irradiation apparatus configured in this way is a longitudinal laser with a blue wavelength (wavelength 370 ⁇ ! To 480 nm) and high power density by arranging a large number of relatively weak blue semiconductor laser elements 1.
  • a top flat linear laser spot 8 with an intensity distribution can be formed, and it can be strongly focused on the silicon film surface (not shown).
  • the shape of the linear laser spot 8 preferably has a short length d of lum to 30 um and a longitudinal length L of 1 mm to 30 mm. This shape is mainly adjusted by the optical compensator 4 and the objective lens 5 be able to.
  • the total irradiation output of the laser light is preferably 6 W or more and 100 W or less.
  • the reason why the lower limit of the total irradiation output is 6 W is that the wavelength 370 ⁇ , which is close to the maximum light absorption wavelength of amorphous (about 300 nm). !
  • a blue semiconductor laser element with a wavelength of ⁇ 480 nm about 6 times the light absorption is obtained compared to a solid green laser with a wavelength of 532 nm, and the light energy related to the modification of the silicon film is about 6 times higher As a result, the energy efficiency of the device can be increased.
  • the reason why the upper limit value is set to 100 W is that if the input laser power is excessively high, the roughness of the silicon film surface may be deteriorated, the silicon film may be peeled off, and the undercoat film may be thermally damaged.
  • the upper limit of 100 W is appropriate from the spot size in Section 3.
  • the reason for selecting 480 nm as the upper limit of the laser wavelength in the present invention is as follows:
  • the thickness of a silicon film formed on a glass substrate is about 50 nm, and the inventors have found that amorphous silicon has a light absorption characteristic at a light penetration length of about 480 nm (the distance by which the light intensity attenuates to lZe).
  • Is 50 nm and the light penetration length equivalent to the thickness of the silicon film to be irradiated is selected in consideration of the heating efficiency (silicon crystal efficiency) of the silicon film.
  • crystal growth in the lateral direction is suppressed while suppressing crystal growth in the depth direction of the silicon film (microcrystal growth inhibition).
  • crystal growth inhibition By selecting 480 nm as the upper limit of this laser wavelength, in the present invention, crystal growth in the lateral direction (plane direction of silicon film) is suppressed while suppressing crystal growth in the depth direction of the silicon film (microcrystal growth inhibition).
  • crystal growth inhibition By selecting 480 nm as the upper limit of this laser wavelength, in the present invention, crystal growth in the lateral direction (plane direction of silicon film) is suppressed while suppressing crystal growth in the depth direction of the silicon film (microcrystal growth inhibition).
  • the laser wavelength When the laser wavelength is selected to be 48 lnm or more, it is thought that the irradiation light passes through the silicon film, and the heating efficiency (silicon crystal efficiency) of the silicon film drops sharply, depending on the thickness of the silicon film.
  • the laser wavelength may be adjusted. That is, on the basis of the laser wavelength of 480 nm when the thickness of the silicon film is about 50 nm, if the thickness of the silicon film is thinner than 50 mm, the laser wavelength is lowered below 480 nm with 370 nm as the lower limit. If the film thickness is more than 50 nm !, the laser wavelength may be increased from 480 nm according to the increase in the thickness.
  • the laser wavelength in the present embodiment can be arbitrarily selected according to the silicon film thickness.
  • a laser wavelength of about 370 nm is It is particularly effective because it is equivalent.
  • the term "same” includes the range of plus or minus 50% of the film thickness at the boundary between the light penetration length and the film thickness being equal. Can reach the bottom of the silicon layer (near or beyond), and promote crystal growth in the lateral direction (in the surface direction of the silicon film) while suppressing crystal growth in the depth direction of the silicon film (preventing crystal growth). It shall mean the wavelength of the degree.
  • the laser irradiation device relatively scans the silicon film in the lateral direction of the linear laser spot.
  • the lateral length d of the linear laser spot 8 is increased, irradiation of the silicon film is performed. It is possible that the time is increased and the silicon film is peeled off or damaged, or the laser power density is lowered and good modification can not be performed.
  • the short length d of the linear laser spot 8 is lun! ⁇ 30 um
  • the length L may be adjusted as necessary because it depends on the width of the high-performance circuit.
  • the longitudinal length L of this linear laser spot 8 is a practical value lmn! ⁇ 30 mm and preferred!
  • FIG. 2 is a view for explaining a focus control system of the laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • the basic configuration of this laser irradiation apparatus is the same as the laser irradiation apparatus shown in FIG. 1, and a semiconductor laser element group 9A composed of a plurality of semiconductor laser elements 9 and a laser beam emitted from the laser element group 9A.
  • the end face force of the optical fiber 10 for guiding the light, the straight bundle 11 for aligning the optical fiber 10, and the end face force of the optical fiber 12 group For the laser light emitted approximately linearly, the top of the longitudinal laser intensity distribution It includes an optical compensator 12, which has a function to flatten and collimate each direction, an objective lens 13, and a focus control system, and these components have the same functions as the laser irradiation apparatus shown in FIG. Have.
  • the focus control system includes a semiconductor laser element 14 for focusing, a collimator lens 15 for shaping the laser beam 23 into parallel beams 24, a polarization beam splitter 16 for separating return beams, and a 1Z4 wavelength plate (Not shown), wavelength separation plate 24A, beam splitter 17, convex lens 18, focus signal generator 19, phase compensation circuit 20, objective lens 13, and objective lens 13 in the direction of arrow 25 It consists of a voice coil motor (VCM) 22 and a VCM driver 21!
  • VCM voice coil motor
  • the focusing semiconductor laser device 14 is a blue laser of the main laser system 26.
  • a semiconductor laser element with a wavelength of 650 nm it is not limited to this.
  • green or red wavelength of OO nm ⁇ 900 nm A semiconductor laser device that emits light may be used.
  • the wavelength separation plate 24A transmits a laser of red wavelength (wavelength 650 nm) and has a blue wavelength.
  • the focus signal generator 19 is a focus beam (wavelength: 650 nm) irradiated on a silicon film surface (not shown) 27 power that is reflected by the silicon film surface, the objective lens 13, the beam splitter 17, the wavelength separation plate 24A, 1Z4 wavelength plate (not shown), polarization beam splitter 16, laser beam 29 returned through convex lens 18 generates focus error signal 23, and main linear laser beam formed on silicon film surface 28 defocusing forces
  • the focus error is configured to be detectable as one signal 23! .
  • the laser wavelength of the above-described semiconductor laser element for focusing 14 is a laser whose wavelength is different from the blue (wavelength 370 ⁇ ! To 480 nm) of the main laser system 26.
  • the present invention is not limited to this.
  • the same laser wavelength as that of the main laser system 26 may be used, and only the reflection component reflected on the silicon film surface may be extracted to generate the focus signal by the same method. In this case, the wavelength separation version 24A is unnecessary.
  • only the laser beam of the main laser system 26 may be irradiated with the semiconductor laser element 14 for focusing, and only the reflected component from the silicon film surface may be extracted to generate the focus signal.
  • the semiconductor laser element 14 for the purpose is unnecessary.
  • the VCM driver 21 has the ability to easily drive the objective lens 13 attached to the VCM 22 at high speed in the direction of the arrow 25, and the phase compensation circuit 20 outputs a focus error signal output from the focus signal generator 19. From the characteristics (focus sensitivity) and f-characteristics of VCM, stable autofocus control can be performed by adjusting so that a stable system can be obtained with predetermined focus servo characteristics, and the distance between the silicon film and the device is Even when the relative change occurs, the change in the shape of the linear laser beam 28 can be suppressed, and the silicon modification can be stabilized.
  • the drive source according to the present invention is not limited thereto, and a piezoelectric element (piezo element) that generates a force by applying a voltage is You may use.
  • FIG. 3 is a view for explaining the spot rotation of the laser irradiation apparatus according to the present embodiment, and the linear laser spot formed on the silicon film surface (not shown) is perpendicular to the silicon film surface. It is the shape seen from the direction.
  • the linear laser spot 32 can be rotated at an angle 33 of 0 ° and 90 °. The effects of the spot rotation will be described later.
  • FIG. 4 is a view for explaining laser intensity distribution detection and laser output control of the laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • the basic configuration is the same as that of the laser irradiation apparatus shown in FIG. 1, and the semiconductor laser 34, the optical fiber 35, the straight bundle 36, the optical compensator 37, the objective lens 38, and the laser intensity distribution
  • the laser intensity distribution detection unit includes a beam splitter 39, a condenser lens 40, and a line sensor 41.
  • the beam splitter 39 reflects a light quantity of several% to the light collecting lens side with respect to the light quantity of the main beam directed to the objective lens 38, and the line sensor 41 has a light quantity detector of several tens of um A large number of them are arranged on the upper side, and they are arranged so that the longitudinal laser intensity distribution of the linear laser beam condensed through the condenser lens 40 can be detected.
  • the line sensor 41 also has a function of converting the detected laser intensity distribution into an electrical signal.
  • the microprocessor 42 has an AD conversion function for converting the electric signal of the line sensor 41 into digital data, an operation function for comparing digital data detected by the line sensor 41 with predetermined digital data, and a memory function. It has a function to control the output of the semiconductor laser device independently.
  • the laser driver 43 drives the semiconductor laser element based on the instruction of the microprocessor.
  • the line sensor 41 may have an AD conversion function and send digital data to the microprocessor 42.
  • the longitudinal intensity distribution of the linear laser spot detected by the line sensor 41 preferably matches the longitudinal intensity distribution of the linear laser spot formed on the silicon film surface through the objective lens 38. It does not have to match completely.
  • a one-dimensional line sensor is used in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and a two-dimensional CCD may be used. In any case, information on the intensity distribution of the linear laser spot may be transmitted to the microprocessor 42.
  • FIG. 5 is a view for explaining a laser intensity distribution control method in the laser irradiation apparatus of FIG. It is a figure, a horizontal axis shows a linear laser spot longitudinal direction, a vertical axis shows laser output, and is a figure showing laser intensity distribution detected by line sensor 41.
  • FIG. 5 shows the laser intensity distribution on the line sensor 41 corresponding to the longitudinal intensity distribution of the linear laser spot formed on the silicon film surface
  • FIG. The case where the linear laser spot intensity distribution formed on the film surface is the best is shown, and the case where the linear laser spot intensity distribution formed on the silicon film surface is deteriorated is shown (b).
  • the best linear laser spot intensity distribution means that the top of the intensity distribution is flat and wide. If the linear laser spot intensity distribution is in the best state, the silicon film can be irradiated with a uniform laser beam, and the modified spots of silicon can be reduced.
  • the microprocessor 42 stores the laser intensity distribution 44 of FIG. 5 (a) in advance in a memory and stores it, compares the laser intensity distribution 45 detected by the line sensor 41 with the laser intensity distribution 44, The output of each semiconductor laser device is controlled independently to be equal to the intensity distribution 44. At the same time, since the total output of the laser light is proportional to the area of the laser intensity distribution, the microprocessor 42 controls the output of each semiconductor laser element to have an area corresponding to the preset laser output.
  • a stable laser intensity distribution can be obtained even with respect to the characteristic change of the semiconductor laser device 34.
  • a predetermined threshold is provided for the correction value from the laser intensity distribution 44, the deterioration of the semiconductor laser device 34 can also be detected.
  • the microprocessor 42 performs output control so that the output value of the laser beam by the semiconductor laser element 34 is maintained continuously at a constant value.
  • the microprocessor 42 according to the present invention may have a pulse output control function of intermittently outputting the output value of the laser beam by the semiconductor laser element 34 in time.
  • the laser driver 43 has an oscillation frequency of 0.1% to 5%, a pulse duty of 10% to 90%, and a ratio of pulse top output (Pt) to pulse bottom output (Pb) (Pb / PtX100) under 50% conditions It is desirable to drive the semiconductor laser device 34 to emit pulses.
  • the pulse duty is a ratio (Tt / TX100) of a pulse top output time (Tt), which is a time for stopping pulse output, and a pulse period (T).
  • Tt pulse top output time
  • Tt pulse period
  • This pulse output control function can not be achieved by the current technology using an excimer laser element or a solid state laser element, and can be easily realized because of the semiconductor laser.
  • the reason for setting the oscillation frequency to 0.1 to 5 is because the laser spot is scanned on the silicon film surface at a linear velocity of 100 mmZs to 3 mZs in the short direction of the laser spot.
  • the irradiation spots (pulstop output) overlap even when the length in the hand direction is lum to 30 um, and the laser irradiation is performed without any gap.
  • the reason for setting the pulse duty to 10% to 90% is to adjust the energy input to the silicon film.
  • the reason why the ratio (Pb / PtX100) of pulse top output (Pt) to pulse bottom output (Pb) is 50% or less is that the silicon film is melted at the nozzle stop (Pt) and pulse bottom output (Pb) In order to prevent this melting, which does not favor the melting of silicon, it is also a force which is certainly less than 50%.
  • the microprocessor 42 having this pulse output control function scans the surface of the silicon film while irradiating a laser spot with pulses, thereby alleviating the irradiation energy to be introduced to the silicon film, thereby damaging the silicon film. And to suppress excessive overheating and sublimation of the silicon film. Further, the microprocessor 42 according to the present embodiment controls the crystal growth by adjusting various conditions such as the laser spot scanning speed, the laser oscillation frequency, the pulse duty, and the pulse top output and the pulse bottom output. It is possible to obtain crystals of the desired crystal size as a result.
  • the insulating substrate 46 on which the silicon film is formed is mounted on the XY stage 47.
  • the XY stage 47 can be positioned at any position in the X and Y directions, and can be moved at any speed in the X and Y directions.
  • Said Laser light is irradiated using the laser irradiation device 48 of any of FIGS. 1 to 4 to form a linear laser spot 50 on the silicon film surface.
  • the X-Y stage 47 is controlled so that the linear laser spot 50 scans at a predetermined scanning speed in the short direction of the linear laser spot 50.
  • scanning 51 is performed in the Y direction by arranging the longitudinal direction of the linear laser spot 50 in parallel with the X direction.
  • the spot is rotated according to the method described in FIG. 3. In this manner, the laser irradiation method according to the present embodiment does not need to rotate the entire laser irradiation device 48 and is easily performed. It is possible to rotate the spot.
  • the force by which the insulating substrate 46 on which the silicon film is formed is moved to scan the spot 50 is not limited thereto.
  • the laser irradiation device 48 is not limited to X direction, Y direction.
  • the spot 50 may be scanned 51 relatively.
  • the semiconductor laser element groups 1A, 9A and 34A are independently fixed and installed, and only the optical system below the straight bundle is moved. It is good.
  • Optical fibers 2, 10, 35 are generally made flexible because they are flexible.
  • both the laser irradiation device 48 and the insulating substrate 46 on which the silicon film is formed may be moved to scan the spot 50 relatively.
  • FIG. 7 is a view for explaining the relationship between the display and the laser scanning position, and (b) in the figure shows a maza glass, (a) shows the display, and the maza glass 52 has a plurality of divisors. Play shall be formed.
  • the scanning device includes a pixel unit 53A for displaying on one display 53, an X driver circuit 55 for driving (liquid crystal) pixels in the X direction, and (liquid crystal) pixels in the Y direction. And a Y driver circuit 56 for driving the As described above, the X driver circuit 55 and the Y driver circuit 56 need to be constituted by high-performance TFTs in a liquid crystal display device, and high quality polysilicon is required.
  • the laser irradiation apparatus and the laser irradiation method according to the present embodiment can be applied to silicon modification of the X driver one-way part and the Y driver circuit part. Align linear laser spots 57, 57 with X driver circuit 55 and Y driver circuit 56 to form a scan 59, 60 Let One driver circuit formation portion may be divided and scanned several times as necessary. It is efficient to scan 62, 63, 64, 65 the linear laser spot on the mother glass 52 before cutting out the display 53, and perform silicon modification treatment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a system on glass display.
  • high-performance integrated circuits such as a control circuit 69, an interface circuit 70, a memory circuit (not shown) and an arithmetic circuit 71 are the same as in FIG. Formed in the construction and method.
  • high-performance circuits are required to have high-quality polysilicon, and high-quality polysilicon can be formed by using the same method as the silicon modification method for X driver circuits and Y driver circuits described in FIG. .
  • the insulating substrate may be a plastic substrate or flexible plastic sheet which is not limited to quartz glass or non-alkali glass as an example.
  • the liquid crystal display is used in the present embodiment, the present invention can be applied to an organic EL (Electroluminescence) display without limitation to this.
  • laser light output from a plurality of low-power blue semiconductor laser elements can be efficiently concentrated in one place by an optical fiber, and the optical power density is high.
  • one end of the optical fiber (opposite to the laser light output side) is linearly arranged in a bundle, a linear high density laser output is easily obtained, and then it is passed through the optical compensator and the objective lens. Therefore, it is possible to form a high density linear laser spot with a flat laser intensity distribution on the top surface of the silicon film.
  • the short length force Slum to 30 ⁇ m of the linear laser spot formed on the silicon thin film, and the longitudinal length is 1 mm to 30 mm, It is possible to obtain a practical and practical linear laser spot, and even when the distance between the silicon film and the device is relatively changed, the shape change of the linear laser spot can be suppressed, and the stable silicon modification can be achieved. It is possible to
  • separation of light of the main beam system (laser wavelength: 370 ⁇ ! To 480 nm) for silicon modification and focus system light for obtaining a focus signal becomes easy, and autofocus It is possible to control single laser control, monitor changes in the laser intensity distribution in the longitudinal direction of the linear laser spot, and control the output of each laser in response to the change, thereby compensating for the change in laser intensity distribution. As a result, it is possible to secure a laser intensity distribution in which the top with a small change over time is flat for a long time, and it is possible to perform reliable and stable silicon modification.
  • the linear laser spot can be scanned at a desired laser output at a desired position on a mother glass, a desired scanning speed, and a desired direction, and a high quality silicon film can be obtained. Can be obtained relatively cheaply.
  • FIG. 1 is a view for explaining the basic configuration of a laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a focus control system of a laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining spot rotation of a laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining laser intensity distribution detection and laser output control of the laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a laser intensity distribution control method in the present laser irradiation apparatus.
  • FIG. 6 is a view for explaining a laser irradiation method according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining the relationship between a display and a laser scanning position.
  • FIG. 9 A diagram showing a general structure on a substrate and modification of a silicon film by laser irradiation.

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Description

明 細 書
レーザ照射装置及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方 法
技術分野
[0001] 本発明は、フラットディスプレイの製造システムに好適なレーザ照射装置及びレー ザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法に係り、特に絶縁基板上に形成し たアモルファスシリコン (非結晶質)やポリシリコン (多結晶質）にレーザ光を照射して シリコン膜の改質を行うフラットディスプレイの製造システムに好適なレーザ照射装置 及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 近年のディスプレイ装置は、表示素子として液晶素子を使用し、この液晶素子 (画 素素子)ゃ該液晶素子のドライバー回路は薄膜トランジスター (TFT[Thin Film Tran sistor]、以下、 TFTと呼ぶ）により構成されている。この TFTは、製造過程において ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質する工程が必要で ある。尚、本明細書において改質とは、アモルファスシリコンをポリシリコンに変化させ ることに限られるものではなぐある物質の物理的特性を変化させることを言う。
[0003] この改質工程は、レーザ照射によるシリコン膜の改質を行うものであり、図 9に示す 如ぐ石英ガラスや無アルカリガラスの絶縁基板上 72に絶縁基板 72から不純物の混 入を阻止するアンダーコート膜 (SiO ) 73を形成する工程と、該アンダーコート膜 73
2
上にアモルファスシリコン膜面 74を形成する工程と、高出力レーザを光源とし、ァモ ルファスシリコン膜面 74に線状レーザビーム 75を照射する工程と、線状レーザビー ム 75の短手方向に走査 74Aさせることによりポリシリコン 74Bに改質する工程と、 TF Tを構成する位置のみポリシリコンを切り出す工程と、その上にゲート酸ィ匕膜 (SiO )
2 を形成し最上部にゲート電極を取り付ける工程と、酸化膜 (SiO )
2 に所定の不純物ィ オンを注入してソース Zドレインを形成する工程と、ソース Zドレインにアルミ電極を 立て全体を保護膜で被い TFTを造る工程力も成る。尚、前記絶縁基板 72とアンダー コート膜 73の間に SiNまたは SiONを挟み込んでも良い [0004] 前記レーザ照射によるシリコン膜の改質工程は、エキシマレーザを用いるエキシマ レーザァニールが一般的であり、シリコン膜に光吸収率の高い波長 307nmでパルス 幅が数十 nSの XeClエキシマレーザを照射し、 160mJ/cm2の比較的低!、エネルギー 注入によりシリコン膜を一気に融点まで加熱することによりポリシリコン膜を形成してい る。前記エキシマレーザは、数百 Wの大出力を持ち、長方形マザ一ガラスの一辺以 上の長さを持つ大型線状レーザスポットを形成させることができ、マザ一ガラス上に 形成したシリコン膜全面を一括で効率よく改質できるといった特徴をもつ。このエキシ マレーザによるシリコン改質では、 TFTの性能に強く影響を与えるポリシリコンの結晶 粒径が lOOnmから 500nmと小さぐ TFT性能の指標である電界効果移動度は 150 cm2ZV'S程度に留まることができる。
[0005] 近年、フラットディスプレイ上の画素子やドライバー回路以外に、コントロール回路 やインタフェース回路、更には演算回路など高機能回路を搭載するシステム 'オン · ガラスが提案され、一部実現している。前記高機能回路を形成する TFTは高性能な ものが要求され、良質 (大型結晶粒)なポリシリコン改質が必須である。この良質なポ リシリコン改質に関する技術が記載された文献としては下記特許文献が挙げられ、特 許文献 1には、光源に半導体励起用の固体レーザを用いて連続発光 (CW)しながら シリコン膜上に照射したレーザビームを走査させることにより、走査方向に細長い大 型結晶粒をもつ良質なアモルファスシリコン膜を形成することや、高性能 TFTが必要 な箇所に予めアモルファスシリコンを線状 (リボン状)または島状 (アイランド状）にバタ 一ユングしておくことにより、 300cm2ZV' s以上の電界効果移動度が得られ、高性 能 TFTを形成することが記載されて 、る。
[0006] 他方、特許文献 2には、半導体励起用連続発光固体レーザを用いて走査方向に 細長 ヽ大型結晶粒を形成する方法として、シリコン膜上に形成した線状レーザスポッ トの走査方向幅と走査速度の関係を規定したものが記載されている。前記特許文献 に記載されている主な固体レーザは、波長が 532nmの Nd:YVOレーザの第二高
4
調波固体レーザである。
特許文献 1：特開 2003 - 86505号公報
特許文献 2：特開 2005— 217214号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 前記したエキシマレーザァニールでは、光源となるエキシマレーザ発振器がガスレ 一ザであるが故、レーザ出力に不安定性が生じやすぐ基板上シリコン膜に対し均一 な改質が困難となり、局所的に TFT性能の偏が生じ易すくなると言う不具合があった 。また、レーザ発振を重ねるごとに、レーザ発振管及び光学部品や充填ガス等の劣 化が進み、改質のむらである改質班を防止するためには短期的なメンテナンスが必 要となり、装置の安定性、保守性、ランニングコストから生じる生産性低下は避けられ ず、装置規模も大きく重厚壮大な大掛力りなものであると言う不具合もあった。
[0008] 一方、特許文献に記載された半導体励起用の固体レーザを用いた装置は、前記の 通り第二高調波を利用しているため、装置投入パワーに対し光出力パワーが小さく 光変換効率が十分でないと言う不具合があった。更に、固体レーザを用いた装置は 、出力レーザ波長が 532nmであり、シリコンの光吸収ピーク値 (約 300nm)力も大きく 離れているため、シリコン膜の光エネルギー吸収が大きくなぐ相乗して装置投入ェ ネルギ一に対しシリコン改質エネルギーが小さく成り、エネルギー変換効率が好まし くないと言う不具合もあった。
[0009] 本発明は前述の従来技術による不具合を鑑みてなされたもので、出力安定性、保 守性に優れかつ、省スペース化、低ランニングコストィ匕が可能なシリコン膜を改質す るレーザ照射装置及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法を提供 するちことを目的とする。
課題を解決するための手段
[0010] 前記目的を達成するために本発明は、被対象物をレーザ照射により改質するレー ザ照射装置であって、レーザ波長が 370nm〜480nmのレーザ光を出光する複数 の第 1半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素 子群力 総照射出力値が 6W以上且つ 100W以下の線状レーザスポットを照射する ことを第 1の特徴とする。
[0011] 更に本発明は、前記特徴のレーザ照射装置において、前記複数の第 1半導体レー ザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバ一と、該光ファイバ一を長さ方向 に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドル より保持した光ファイバ一から出光されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度 分布を平滑化して出光する光補整器と、該光補整器カゝら出力したレーザ光を被対象 物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを備えたことを第 2の特徴とする
[0012] 更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記光補整器及 び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが lun！〜 30umであり、且つ長 手方向の長さが lmm〜30mmの線状レーザスポットを整形することを第 3の特徴とし 、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、被対象物に照射した線状レーザ スポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信 号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回 路とを備えたことを第 4の特徴とし、該第 4の特徴のレーザ照射装置において、前記 フォーカスエラー信号生成手段が、レーザ波長が 500nm〜900nmのレーザフォー カス用のレーザ光を出光する第 2半導体レーザ素子を備えたことを第 5の特徴とする
[0013] 更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記線状レーザス ポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレ 一ザ強度分布検出手段と、前記複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ出力値を制 御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所 定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを備えたことを第 6 の特徴とし、該第 6の特徴のレーザ照射装置において、前記制御手段が、複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御 機能を有し、該パルス出力制御機能力 発振周波数を 0. 1ΜΗζ〜5ΜΗζ、パルス デューティを 10%〜90%、パルストップ出力（Pt)とパルスボトム出力（Pb)の比率（Pb /PtXIOO)を 50%以下の条件においてノルス発光するように前記レーザドライバーを 制御することを第 7の特徴とする。
[0014] 更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記被対象物に 照射した線状レーザスポットを、被対象物の面内に 0° 〜90° の角度範囲で回転さ せるスポット回転手段を備えたことを第 8の特徴とし、前記何れかの特徴のレーザ照 射装置において、前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面方 向に対して相対的に走査する走査機構を備えたことを第 9の特徴とし、前記何れかの 特徴のレーザ照射装置において、前記被対象物が、ガラス基板上に形成したァモル ファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであるこ とを第 10の特徴とする。
[0015] また本発明は、レーザ波長を 370nm〜480nmとするレーザ光を出光する複数の 第 1半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子 群が線状レーザスポットを照射することにより被対象物の改質を行うレーザ照射装置 のレーザ照射方法であって、前記該半導体レーザ素子群の総照射出力値が 6W以 上且つ 100W以下の線状レーザスポットを被対象物に照射することを第 11の特徴と する。
[0016] 更に本発明は、第 11の特徴の特徴のレーザ照射方法において、前記複数の第 1 半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバ一と、該光ファイバ一 を長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直 線バンドルより保持した光ファイバ一力 出光されるレーザ光を線状に整形させ且つ レーザ強度分布のトップを平滑化して出力する光補整器と、該光補整器力も出力し たレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを設け、前 記複数の第 1半導体レーザ素子力 出光したレーザ光を直線バンドルにより保持さ れた光ファイバ一により光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形さ せ且つレーザ強度分布を平滑ィ匕して対物レンズに出光し、該対物レンズが被対象物 に線状レーザスポットを集光して被対象物を改質することを第 12の特徴とする。
[0017] 更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記光補整器及 び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが lun！〜 30umであり、且つ長 手方向の長さが lmn！〜 30mmに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射し て被対象物を改質することを第 13の特徴とし、該第 13の特徴のレーザ照射方法に おいて、被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスェ ラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に 対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを設け、前記フォーカスエラー信号生 成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスェ ラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の面と直角方向に駆 動するフォーカス制御を行いながら被対象物を改質することを第 14の特徴とし、該第 14の特徴のレーザ照射方法において、レーザフォーカス用のレーザ光を出光する第 2半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を設け、前記フォーカス エラー信号生成手段が、第 2半導体レーザ素子力も照射される波長 500ηπ！〜 900η mのレーザフォーカス用レーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を 改質することを第 15の特徴とする。
更に本発明は、前記第 15の特徴のレーザ照射方法において、前記線状レーザス ポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレ 一ザ強度分布検出手段と、前記複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ出力値を制 御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所 定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを設け、前記レー ザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、前記レーザ ドライバーが制御手段の制御下において複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ強 度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを第 16の特徴とし、第 16の特徴 のレーザ照射方法において、前記複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ出力値を 時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有する制御手段を設け、前記制 御手段のパルス出力制御機能力 発振周波数を 0. 1ΜΗζ〜5ΜΗζ、パルスデュー ティを 10%〜90%、パルストップ出力（Pt)とパルスボトム出力（Pb)の比率（Pb/PtXl 00)を 50%以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御 することを第 18の特徴とし、前記第 10乃至第 17何れかの特徴のレーザ照射方法に おいて、前記線状レーザスポットを所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を 設け、スポット回転手段力 線状レーザスポットを、被対象物の面内に 0° 〜90° の 角度範囲で回転させることにより被対象物を改質することを第 18の特徴とし、前記第 10乃至 18何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記被対象物に照射した線 状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を設け、 前記走査機構力 線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査し ながら被対象物を改質することを第 19の特徴とし、該 10乃至 19何れかに記載のレ 一ザ照射方法において、前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリ コンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを第 20 の特徴とする。
[0019] また本発明は、被対象物をレーザ照射により製造する被対象物の製造方法であつ て、レーザ波長を 370nm〜480nmとするレーザ光を出光する複数の第 1半導体レ 一ザ素子を配置した半導体レーザ素子群を設け、該該半導体レーザ素子群が、総 照射出力値を 6W以上且つ 100W以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射 して被対象物を改質することを第 21の特徴とする。
[0020] 更に本発明は、前記第 21の特徴の被対象物の製造方法において、前記複数の第 1半導体レーザ素子力 出光したレーザ光を伝送する光ファイバ一と、該光ファイバ 一を長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該 直線バンドルより保持した光ファイバ一力 出力されるレーザ光を線状に整形させ且 つレーザ強度分布を平滑化して出力する光補整器と、該光補整器力 出力したレー ザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを設け、前記複数 の第 1半導体レーザ素子力 出光したレーザ光を直線バンドルにより保持された光フ アイバーにより光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形させ且つレ 一ザ強度分布を平滑ィ匕して対物レンズに照射し、該対物レンズが被対象物に線状レ 一ザスポットとして集光することを第 22の特徴とする。
[0021] 更に本発明は、前記第 22の特徴の被対象物の製造方法において、前記光補整器 及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが lun！〜 30umであり、且つ 長手方向の長さが lmn！〜 30mmに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射 することを第 23の特徴とし、該第 21乃至第 23の特徴の被対象物の製造方法におい て、前記第 1半導体レーザ素子とはレーザ波長が異なる第 2半導体レーザ素子と、該 第 2半導体レーザ素子によりレーザ光を前記被対象物に照射した戻りレーザ光を基 にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の 面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを設け、前記フォー力 スエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を 基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の 面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行うことを第 24の特徴とし、該第 20乃至 2 4記載の被対象物の製造方法にお!、て、レーザ波長を 500nm〜900nmとする第 2 半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を設け、前記フォーカス エラー信号生成手段が、第 2半導体レーザ素子力も照射される波長 500ηπ！〜 900η mのレーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改質することを第 25 の特徴とする。
[0022] 更に本発明は、前記第 20乃至第 25の何れかに記載の被対象物の製造方法にお いて、線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強 度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第 1半導体レーザ素子 のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレ 一ザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段 とを設け、前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を 検出し、前記レーザドライバーが制御手段の制御において複数の第 1半導体レーザ 素子のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを第 26の特徴 とし、該第 26の特徴の被対象物の製造方法において、前記制御手段が、複数の第 1 半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御を 有し、該制御手段のパルス出力制御機能力 発振周波数を 0. 1ΜΗζ〜5ΜΗζ、パ ルスデューティを 10%〜90%、パルストップ出力（Pt)とパルスボトム出力（Pb)の比 率 (Pb/PtX100)を 50%以下の条件にぉ 、てパルス発光するように前記レーザドライ バーを制御することを第 27の特徴とする。
[0023] 更に本発明は、前記第 20乃至 27何れかの特徴の被対象物の製造方法において 、前記線状レーザスポットを被対象物の面に対して所定の角度範囲で回転させるス ポット回転手段を設け、スポット回転手段が、線状レーザスポットを被対象物の面内 に 0° 〜90° で回転させることにより被対象物を改質することを第 28の特徴とし、前 記第 20乃至 28の何れかの特徴の被対象物の製造方法において、前記被対象物に 照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機 構を設け、前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対 的に走査しながら被対象物を改質することを第 29の特徴とし、前記第 20乃至 29何 れかの特徴の被対象物の製造方法において、前記被対象物が、ガラス基板上に形 成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トラン ジスタであることを第 30の特徴とする。
[0024] また本発明は、膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレー ザ照射装置であって、前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレー ザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群 力 総照射出力値が 6W以上且つ 100W以下の線状レーザスポットを出光することを 第 31の特徴とする。
[0025] また本発明は、膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレー ザ照射装置のレーザ照射方法であって、前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光 侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を設け、該半 導体レーザ素子群の総照射出力値を 6W以上且つ 100W以下に設定しながら線状 レーザスポットをアモルファスシリコン膜に照射することを第 32の特徴とする。
[0026] また本発明は、レーザ照射により改質された膜厚がある被対象物の製造方法であ つて、レーザ波長を被対象物の膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ光を出光する半 導体レーザ素子群を設け、前記該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を 6W以 上且つ 100W以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射することを第 33の特 徴とする。
発明の効果
[0027] 前記特徴によるレーザ照射装置及びレーザ照射方法は、レーザ波長が 370nm〜 480nm且つ総照射出力が 6W以上 100W以下の複数の半導体レーザ素子から出 力される線状レーザスポットを用いて被対象物を改質することによって、出力の安定 性、容易な出力制御、高い光変換効率、省スペース化等の目的を達成することがで きる。更に本発明は、照射対象の膜厚を持つアモルファスシリコン膜等の被対象物に 対し、該被対象物の膜厚と同一の光侵入長をもつレーザ光を照射することによって、 シリコン膜の深さ方向の結晶成長を抑制しつつ、シリコン膜の面方向の結晶成長を 促進することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、本発明の実施形態によるレーザ照射方法及び及び改質された被対象物の 製造方法を適用したレーザ照射装置を図面を参照して詳細に説明する。図 1は本発 明によるレーザ照射装置の基本構成を説明するための図、図 2は本発明によるレー ザ照射装置のフォーカス制御系を説明するための図、図 3は本発明によるレーザ照 射装置のスポット回転を説明するための図、図 4は本発明によるレーザ照射装置のレ 一ザ強度分布検出とレーザ出力制御を説明するための図、図 5は図 4のレーザ照射 装置におけるレーザ強度分布制御方法を説明するための図、図 6は本発明によるレ 一ザ照射方法を説明するための図、図 7はディスプレイとレーザ走査位置の関係を 説明するための図、図 8はシステム'オン'ガラスディスプレイを説明するための図、図 9は一般的な基板上構成とレーザ照射によるシリコン膜の改質を示す図である。 く第 1実施形態基本構成〉
[0029] 本発明の一実施形態によるレーザ照射装置は、図 1に示す如ぐ複数の半導体レ 一ザ素子 1から成る半導体レーザ素子群 1Aと、光ファイバ一 2にレーザ光を絞り込む ためのレセプタクルモジュール（コネクタ：図示なし）と、前記半導体レーザ素子 1から 射されたレーザ光を案内する光ファイバ一 2と、該複数の光ファイバ一 2を該光フアイ バーの長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるための直線バンドル 3と、後述 する光補整器 4と、該光補整器 4カゝら出力されたレーザ光を集光する対物レンズ 5と から構成される。
[0030] 前記半導体レーザ素子 1は、例えばレーザの波長が 370nm〜480nm且つ出力が 1個当たり数百 mWの青色レーザ光を照射するものであり、小型のために多数配置で き、必要出力に応じてその数を決めることができる。
[0031] 前記レセプタクルモジュールは、半導体レーザ素子 1の照射部近傍に取り付けられ ており、光ファイバ一 2にレーザ光を絞り込み、カップリング効率が高いものが好まし い。前記光ファイバ一 2は、波長 370nm〜480nmのレーザ波長を効率よく伝送する 特性を持ち、コア半径が細い方が好ましぐ φ 50χιπι以下が良い。前記直線バンドル 3は、光ファイバ一 2の半導体レーザ素子 (LD)側とは反対のもう一端を一列に直線 的に並べるためのものであり、隣り合う光ファイバ一 2を接近または隙間なく配置する 機能と、各光ファイバ一の中心軸の平行度を高精度で合わせる機能と、光ファイバ一 中心軸と直角方向に各光ファイバ一の端面を凸凹なく高精度で揃える機能を有する
[0032] 前記光補整器 4は、直線バンドル 3内の光ファイバ一 2群の端面カゝら近似的に線発 光したレーザ光 6に対し、長手方向レーザ強度分布のトップフラットィ匕を行う機能と、 対物レンズ 5がシリコン膜面上（図示なし）に形成するレーザスポットの短手方向長さ d が所定値になるようビーム整形する機能を有するものであり、複数のシリンドリカルレ ンズを配置した一般に称するホモジナイザーで構成しても良 ヽ。前記対物レンズ 5は 、光補整器 4を介して出射したレーザ光 7をシリコン膜面上（図示なし）に強く絞り込む ものである。前述の本実施形態によるレーザ照射装置を構成する光学部品は、青色 波長（波長 370ηπ！〜 480nm)で高特性が得られる部品である。
[0033] この様に構成されたレーザ照射装置は、比較的微弱な出力の青色半導体レーザ 素子 1を多数連ねることにより、青色波長（波長 370ηπ！〜 480nm)かつ高パワー密 度で、長手方向レーザ強度分布のトップフラットな線状レーザスポット 8を形成し、シリ コン膜面上（図示なし）に強く絞り込むことができる。この線状レーザスポット 8の形状 は、短手長さ dが lum〜30um且つ長手長さ Lが lmm〜30mmとすることが好ましく 、この形状は主に光補整器 4と対物レンズ 5にて調整することができる。
[0034] またレーザ光の総照射出力は、 6W以上且つ 100W以下が好ましぐこの総照射出 力の下限値を 6Wとする理由は、アモルファスの最大光吸収波長（約 300nm)に近い 波長 370ηπ！〜 480nmである青色半導体レーザ素子を用いたことにより、波長が 53 2nmの固体グリーンレーザよりは約 6倍の光吸収が得られ、シリコン膜の改質に係わ る光エネルギーが約 6倍高いことになり、結果として装置のエネルギー効率を高くす ることができるためである。また上限値を 100Wとする理由は、投入レーザパワーが過 剰に高いとシリコン膜表面の粗さが悪ィ匕したり、シリコン膜の剥離やアンダーコート膜 へ熱的ダメージを与えることとなり、請求項 3のスポットサイズから 100Wを上限とする のが妥当であるためである。
[0035] 前述の様に本発明においてレーザ波長の上限として 480nmを選択した理由は、 一般にガラス基板上に形成するシリコン膜の厚みは約 50nm程度であり、発明者らは アモルファスシリコンが光吸収特性として波長 480nm程度にて光侵入長（光強度が lZeに減衰する表面力もの距離）が 50nmであること並びにシリコン膜の加熱効率（ シリコン結晶効率)を考慮し、照射対象であるシリコン膜厚と同等の光侵入長を選定 したためである。このレーザ波長の上限として 480nmを選択したことにより、本発明 は、シリコン膜の深さ方向の結晶成長を抑制 (微結晶成長阻止）しつつ、横方向（シリ コン膜の面方向）の結晶成長を促進することができ、結果として、大粒径の結晶生成 を効率よく行うことができる。即ち、シリコン膜に効率よく光吸収させながら大粒径の結 晶生成を行うことができる。
尚、レーザ波長を 48 lnm以上を選択した場合、照射光がシリコン膜を透過し、シリ コン膜の加熱効率 (シリコン結晶効率)が急激に低下すると考えられるが、シリコン膜 の厚さに応じてレーザ波長を調整しても良い。即ち、シリコン膜の厚みが約 50nmの 場合のレーザ波長が 480nmであることを基準とした場合、該シリコン膜の厚みが 50η mより薄い場合はレーザ波長を 370nmを下限界として 480nmより下げ、シリコン膜 の厚みが 50nmより厚!、場合は、その厚さの増加量に応じてレーザ波長を 480nmよ り上げるように構成しても良 、。
このように本実施形態におけるレーザ波長は、シリコン膜厚に応じて任意に選択す ることができ、例えば膜厚が 17nm程度のシリコン薄膜に対しては 370nm程度のレ 一ザ波長が膜厚と同等であるため特に有効である。尚、本願発明において前記「同 等」とは、光侵入長と膜厚とが同一の場合を境にして膜厚のプラスマイナス 50%の範 囲を含み、要は、少なくともレーザ光が膜厚の底面 (近く又は越えて)まで達し、シリコ ン膜の深さ方向の結晶成長を抑制 (微結晶成長阻止）しつつ、横方向（シリコン膜の 面方向）の結晶成長を促進することができる程度の波長を意味するものとする。
[0036] 前記レーザ照装置は、前記線状レーザスポットの短手方向にシリコン膜を相対的に 走査するものである力 前記線状レーザスポット 8の短手長さ dを長くするとシリコン膜 への照射時間が長くなりリシリコン膜の剥離やダメージを与え、または、レーザパワー 密度が低下し良好な改質が不能になることが考えられる。
[0037] 従って、本実施形態による線状レーザスポット 8の短手長さ dは、 lun！〜 30umとす るのが妥当であり、長手長さ Lは、高機能回路の幅に依存するため必要に応じて調 整すれば良い。この線状レーザスポット 8の長手長さ Lは、実用的な値として lmn！〜 30mmとするのが好まし!/、。
く第 2実施形態基本構成〉
[0038] 図 2は本発明によるレーザ照射装置のフォーカス制御系を説明するための図である 。このレーザ照射装置の基本構成は、図 1に示したレーザ照射装置と同じであり、複 数の半導体レーザ素子 9から成る半導体レーザ素子群 9 Aと、該レーザ素子群 9Aか ら発したレーザ光を案内する光ファイバ一 10と、該光ファイバ一 10を整列させるため の直線バンドル 11と、光ファイバ一 2群の端面力 近似的に線発光したレーザ光に 対し、長手方向レーザ強度分布のトップフラット化及び各方向のコリメ一トイ匕を行う機 能を有する光補整器 12と、対物レンズ 13と、フォーカス制御系とを含み、これら構成 部品は図 1に示したレーザ照射装置と同等の機能を有する。
[0039] 本実施形態によるフォーカス制御系は、フォーカス用半導体レーザ素子 14と、レー ザ光 23を平行光 24に整形するコリメートレンズ 15と、戻光を分離する偏光ビームス プリッタ 16と、 1Z4波長板（図示なし）と、波長分離板 24Aと、ビームスプリッタ 17と、 凸レンズ 18と、フォーカス信号生成器 19と、位相補償回路 20と、対物レンズ 13と、 該対物レンズ 13を矢印 25方向に駆動するボイスコイルモータ（以下 VCM) 22と、 V CMドライバー 21から構成されて!、る。
[0040] 本実施形態によるフォーカス用半導体レーザ素子 14は、メインレーザ系 26の青色
(波長 370ηπ！〜 480nm)とは異なる波長のレーザとするため、波長が 650nmの半 導体レーザ素子を用いることが好ましいが、これに限られるものではなぐ例えば波長 力 OOnm〜900nmのグリーンやレッド波長を発する半導体レーザ素子を用いても 良い。
[0041] 前記波長分離版 24Aは、赤色波長（波長 650nm)のレーザを透過させ、青色波長
(波長 370ηπ！〜 480nm)を反射させる特性をもつが、これに限られるものではなぐ 前記フォーカス用半導体レーザ素子 14の波長のみを透過させ、前記青色波長（波 長 370ηπ！〜 480nm)のレーザ光を反射させる特性を持つものを選定すれば良！、。 即ち、メイン系のレーザ波長力もずらしたレーザ波長を用いることにより、ー且メイン 光と交じり合ったフォーカス用ビームを再度、分離抽出することができることを利用し、 メイン Zフォーカス系の波長色を選定すれば良 、。
[0042] 前記フォーカス信号生成器 19は、シリコン膜面（図示なし）に照射したフォーカスビ ーム（波長 650nm) 27力 シリコン膜面にて反射し、対物レンズ 13、ビームスプリッタ 17、波長分離版 24A、 1Z4波長板（図示なし)、偏光ビームスプリッタ 16、凸レンズ 1 8を介して戻ってきたレーザ光 29によりフォーカスエラー信号 23を生成し、シリコン膜 面上に形成したメイン系の線状レーザビーム 28の焦点ぼけ力 前記フォーカスエラ 一信号 23として検出できるように構成されて！、る。
[0043] 上述フォーカス用半導体レーザ素子 14のレーザ波長をメインレーザ系 26の青色（ 波長 370ηπ！〜 480nm)とは異なる波長のレーザとした力 本発明はこれに限ること なぐフォーカス用半導体レーザ素子 14のレーザ波長をメインレーザ系 26と同一波 長とし、シリコン膜面にて反射した反射成分のみ抽出し同様の方法で、フォーカス信 号を生成しても良い。この場合、波長分離版 24Aは不要となる。
また、上述の如くフォーカス用半導体レーザ素子 14を設けた力 メインレーザ系 26 のレーザ光のみ照射しシリコン膜面からの反射成分のみ抽出し、フォーカス信号を生 成しても良く、この場合はフォーカス用半導体レーザ素子 14は不要となる。
[0044] 前記 VCMドライバー 21は、 VCM22に取り付けられた対物レンズ 13を容易に矢印 25方向に高速駆動できる能力を持ち、前記位相補償回路 20は、フォーカス信号生 成器 19から出力したフォーカスエラー信号特性 (フォーカス感度）と VCMの f—特性 から、所定のフォーカスサーボ特性で且つ安定系が得られるように調整することにより 、安定したオートフォーカス制御を行うことができ、シリコン膜と装置の間隔が相対的 に変化した場合でも、前記線状レーザビーム 28の形状変化を抑止できシリコン改質 の安定ィ匕を図ることができる。本実施例では対物レンズ 13を矢印 25方向に駆動する 手段として VCM22を用いる例を説明した力 本発明による駆動源はこれに限ること なく電圧の印加により力を発生する圧電素子 (ピエゾ素子)を用いても良い。
<スポット回転 >
[0045] 図 3は本実施形態によるレーザ照射装置のスポット回転を説明するための図であり 、シリコン膜面上 (図示なし)に形成した線状レーザスポットをシリコン膜面に対し直角 方向から見た形状である。図 2のレーザ照射装置のスポット回転器 30を、光軸 31を 中心に回転させることにより、線状レーザスポット 32を 0° 力も 90° の角度 33で回転 させることができる。このスポット回転の作用効果については後述する。
<レーザ強度分布検出とレーザ出力制御 >
[0046] 図 4は本発明によるレーザ照射装置のレーザ強度分布検出とレーザ出力制御を説 明するための図である。基本構成は図 1に示したレーザ照射装置と同様であり、半導 体レーザ素子 34と、光ファイバ一 35と、直線バンドル 36と、光補整器 37と、対物レン ズ 38と、レーザ強度分布検出部とを備え、該レーザ強度分布検出部は、ビームスプリ ッタ 39と集光レンズ 40とラインセンサ 41とから構成される。
[0047] 前記ビームスプリッタ 39は、対物レンズ 38に向力うメインビームの光量に対し数％ の光量を集光レンズ側に反射させ、前記ラインセンサ 41は、数十 umの光量検出器 が直線上に多数個配列してあり、集光レンズ 40を介して集光した線状レーザビーム の長手方向のレーザ強度分布を検出できるように配置してある。またラインセンサ 41 は検出したレーザ強度分布を電気信号に変換する機能を持つ。マイクロプロセッサ 4 2は、ラインセンサ 41の電気信号をデジタルデータに変換する AD変換機能と、ライ ンセンサ 41より検出したデジタルデータを所定のデジタルデータと比較する演算機 能と、メモリー機能と、各々の半導体レーザ素子の出力を独立に制御する機能を有 する。
[0048] 前記レーザドライバー 43は、マイクロプロセッサの指示に基づき、半導体レーザ素 子を駆動する。ラインセンサ 41が AD変換機能もち、デジタルデータをマイクロプロセ ッサ 42に送っても良い。
[0049] 前記ラインセンサ 41が検出する線状レーザスポットの長手強度分布は、対物レンズ 38を介してシリコン膜面上に形成する線状レーザスポットの長手強度分布と一致す るのが好ましいが、完全に一致しなくても良い。本実施形態では一次元ラインセンサ を用いたが、これに限ることなく 2次元 CCDであっても良い。いずれにしろ、線状レー ザスポットの強度分布情報がマイクロプロセッサ 42に伝われば良い。
<レーザ強度分布制御方法 >
[0050] 図 5は図 4のレーザ照射装置におけるレーザ強度分布制御方法を説明するための 図であり、横軸が線状レーザスポット長手方向を示し縦軸はレーザ出力を示し、ライ ンセンサ 41にて検出したレーザ強度分布を示す図である。
[0051] 図 5を説明すると、図 5は、シリコン膜面上に形成する線状レーザスポットの長手強 度分布に対応するラインセンサ 41上レーザ強度分布が存在し、図中（a)はシリコン 膜面上に形成する線状レーザスポット強度分布が最良の場合を示し、 (b)はシリコン 膜面上に形成する線状レーザスポット強度分布が悪化した場合を示す。前記線状レ 一ザスポット強度分布が最良とは強度分布のトップ部がフラットで広 、ことである。線 状レーザスポット強度分布が最良状態であれば、シリコン膜に均一なレーザビームを 照射でき、シリコンの改質斑を低減することができる。
[0052] 次 ヽで本実施形態によるレーザ強度分布制御方法を説明する。まず、マイクロプロ セッサ 42が、図 5 (a)のレーザ強度分布 44を予めメモリーに格納し記憶しておき、ラ インセンサ 41が検出したレーザ強度分布 45をレーザ強度分布 44と比較演算し、レ 一ザ強度分布 44と同じになるよう各々の半導体レーザ素子の出力を独立に制御す る。また同時に、レーザ光の総出力はレーザ強度分布の面積に比例するため、マイ クロプロセッサ 42は予め設定されたレーザ出力に対応した面積になるよう各々の半 導体レーザ素子の出力を制御する。
[0053] 本実施形態においては、前記レーザ強度分布制御方法を用いることにより、半導 体レーザ素子 34の特性変化に対しても安定したレーザ強度分布が得られる。また、 レーザ強度分布 44からの補正値に所定閾値を設けておけば半導体レーザ素子 34 の劣化も検出できる。
[0054] <レーザ出力制御 >
前記実施形態によるマイクロプロセッサ 42は、半導体レーザ素子 34によるレーザ 光の出力値を時間的に継続して一定値に保つように出力制御を行うものである。しか し、本発明によるマイクロプロセッサ 42は、半導体レーザ素子 34によるレーザ光の出 力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有しても良い。
このパルス出力制御機能を有するマイクロプロセッサ 42は、レーザドライバー 43が 、発振周波数を 0. 1ΜΗζ〜5ΜΗζ、パルスデューティを 10%〜90%、パルストップ 出力（Pt)とパルスボトム出力（Pb)の比率 (Pb/PtX100)を 50%以下の条件において パルス発光するように半導体レーザ素子 34を駆動することが望ま 、。
[0055] ここでパルスデューティとは、パルス出力を停止する時間であるパルストップ出力時 間（Tt)とパルス周期（T)の比率 (Tt/TX100)である。このパルス出力制御機能は、現 在のエキシマレーザ素子や固体レーザ素子を用いた技術では不可能であり、半導体 レーザがゆえに容易に実現できるものである。
[0056] また前記発振周波数を 0. 1ΜΗζ〜5ΜΗζとする理由は、レーザスポットの短手方 向にレーザスポットを 100mmZs〜3mZsの線速度にてシリコン膜面上を走査する とき、レーザスポットの短手方向の長さが lum〜30umにおいても照射スポット（パル ストップ出力）が重なり合い、隙間無くレーザ照射を行うためである。また、前記パルス デューティを 10%〜90%とした理由は、シリコン膜への照射投入エネルギーを調整 できるようにするためである。さらに、パルストップ出力（Pt)とパルスボトム出力（Pb)の 比率 (Pb/PtX100)を 50%以下とした理由は、ノ ルストップ出力（Pt)にてシリコン膜が 溶融しパルスボトム出力（Pb)にてシリコンが溶融しないことが好ましぐこの熔解を防 止するためには 50%以下とするのが確実である力もである。
[0057] このパルス出力制御機能を有するマイクロプロセッサ 42は、シリコン膜面上をレーザ スポットをパルス照射させながら走査させることにより、シリコン膜へ投入する照射エネ ルギーを緩和することにより、シリコン膜のダメージの軽減、及びシリコン膜の過剰過 熱や昇華を抑止することができる。また、本実施形態によるマイクロプロセッサ 42は、 レーザスポットの走査速度や、レーザ発振周波数や、パルスデューティや、パルストツ プ出力とパルスボトム出力などの各種条件を調整することにより、結晶成長をコント口 ールでき、結果として所望の結晶サイズの結晶を得ることができる。
[0058] <レーザ照射方法動作及び製造方法 >
次 、で前述した本実施形態によるレーザ照射装置を用いて液晶ディスプレイのガラ ス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質する製造装置における レーザ照射方法及び製造方法を図 6を参照して説明する。
[0059] 本レーザ照射方法は、まず、シリコン膜が形成してある絶縁基板 46を X—Yステー ジ 47上に搭載する。 X— Yステージ 47は X方向および Y方向の任意の位置へ位置 決めが可能であり、 X方向および Y方向に任意速度で移動させることができる。前記 図 1乃至図 4のいずれかのレーザ照射装置 48を用いてレーザ光を照射し、シリコン 膜面上に線状レーザスポット 50を形成する。線状レーザスポット 50の短手方向に線 状レーザスポット 50が所定走査速度で走査するように X—Yステージ 47を制御する。
[0060] 次いでレーザ照射方法は、線状レーザスポット 50の長手方向を X方向と平行に配 置して Y方向に走査 51を行う。 X方向に所定走査速度で走査する場合は、前記図 3 にて説明した方法によりスポット回転させる、この様に本実施形態によるレーザ照射 方法は、レーザ照射装置 48全体を回転させる必要はなく容易にスポット回転させるこ とがでさる。
[0061] 尚、前述のレーザ照射方法においては、シリコン膜が形成してある絶縁基板 46が 移動しスポット 50を走査 51させている力 これに限ることなくレーザ照射装置 48を X 方向、 Y方向に移動させ相対的にスポット 50を走査 51しても良い。この場合、前記図 1乃至図 4のいずれかのレーザ照射装置 48において、半導体レーザ素子群 1A、 9A 、 34Aを離れた場所に独立に固定設置しておき直線バンドル以下の光学系のみを 移動させても良い。光ファイバ一 2、 10、 35は一般に屈曲性を持っため可能となる。 また、レーザ照射装置 48とシリコン膜が形成してある絶縁基板 46の両方を移動させ 相対的にスポット 50を走査 51しても良 、。
<ディスプレイとレーザ走査位置の関係 >
[0062] 図 7はディスプレイとレーザ走査位置の関係を説明するための図であり、図中（b)に マザ一ガラス、（a)にディスプレイを示し、前記マザ一ガラス 52には複数のディプレイ が形成されるものとする。
[0063] 本実施形態による走査装置は、 1つのディスプレイ 53には表示するための画素部 5 3Aと、 X方向の (液晶）画素を駆動する Xドライバー回路 55と、 Y方向の (液晶）画素 を駆動する Yドライバー回路 56とにより構成される。前記 Xドライバー回路 55と Yドラ ィバー回路 56は、前述したように液晶ディスプレイ装置においては高性能 TFTによ り構成する必要があり、高品質なポリシリコンが要求される。
[0064] 本実施形態によるレーザ照射装置およびレーザ照射方法は、前記 Xドライバ一回 路部と Yドライバー回路部のシリコン改質に適用できる。線状レーザスポット 57、 57を Xドライバー回路 55及び Yドライバー回路 56を形成する位置にあわせ走査 59、 60さ せる。 1つのドライバー回路形成部に対し、必要に応じ数回に分け走査しても良い。 ディスプレイ 53を切り出す前のマザ一ガラス 52にて、線状レーザスポットを走査 62、 63、 64、 65させシリコン改質処理するのが効率的である。
<システム ·オン ·ガラスディスプレイの説明 >
[0065] 図 8はシステム.オン.ガラスディスプレイを説明するための図である。 Xドライバ一回 路 67、 Yドライバー回路 68の他に、コントロール回路 69やインタフェース回路 70、更 にはメモリー回路（図示なし)や演算回路 71などの高機能集積回路が前記図 9と同 等の構成及び方法にて形成される。当然ながら高機能回路は高品質なポリシリコン が要求され、前記図 7にて説明した Xドライバー回路と Yドライバー回路のシリコン改 質方法と同様の方法を用いることにより、高品質ポリシリコンを形成できる。
[0066] 本実施形態では絶縁基板として石英ガラスや無アルカリガラスを例にあげた力 こ れに限ることなぐプラスチック基板や屈曲可能なプラスチックシートであっても良 、。 また、本実施形態では、液晶ディスプレイを用いたが、これに限ることなぐ有機 EL ( Electroluminescence)ディスプレイにも適用することができる。
[0067] 以上述べた如く本実施形態によるレーザ照射装置及び方法は、低出力の複数の ブルー半導体レーザ素子から出力したレーザ光を光ファイバ一により効率よく 1箇所 に集中でき、光パワーの高密度化が図れる。前記光ファイバ一の一端 (レーザ光出 力側とは反対側）を直線的にバンドル配置しているので、直線的な高密度レーザ出 力が容易に得られ後、光補整器と対物レンズを通しているので、シリコン膜面上にトツ プ部がフラットなレーザ強度分布で且つ高密度な線状レーザスポットを形成すること が可能となる。
[0068] 更に本実施形態によるレーザ照射装置及び方法は、シリコン薄膜上に形成する線 状レーザスポットの短手長さ力 Slum〜30umでかつ、長手長さが lmm〜30mmとな り、良好な改質が可能でかつ実用的な線状レーザスポットが得られ、シリコン膜と装 置の間隔が相対的に変化した場合でも、前記線状レーザスポットの形状変化を抑止 できシリコン改質の安定ィ匕を図ることが可能となる。
[0069] 更に本実施形態は、シリコン改質のためのメインビーム系（レーザ波長： 370ηπ！〜 480nm)とフォーカス信号を得るフォーカス系の光の分離が容易になり、オートフォ 一カス制御が確実とし、更に線状レーザスポットの長手方向のレーザ強度分布変化 を監視でき、また、前記変化に対し各々のレーザ出力を制御するため、レーザ強度 分布変化を補整することができる。結果として、経時変化の小さいトップ部がフラット なレーザ強度分布を長時間に渡り確保でき、信頼性の高い安定したシリコン改質を 行うことができる。
[0070] 更に本実施形態は、マザ一ガラス上の所望の位置、所望の走査速度、所望の方向 に前記線状レーザスポットを所望のレーザ出力にて走査させることができ、良質なシ リコン膜が比較的安価で得ることができる。
図面の簡単な説明
[0071] [図 1]本発明によるレーザ照射装置の基本構成を説明するための図。
[図 2]本発明によるレーザ照射装置のフォーカス制御系を説明するための図。
[図 3]本発明によるレーザ照射装置のスポット回転を説明するための図。
[図 4]本発明によるレーザ照射装置のレーザ強度分布検出とレーザ出力制御を説明 するための図。
[図 5]本レーザ照射装置におけるレーザ強度分布制御方法を説明するための図。
[図 6]本発明によるレーザ照射方法を説明するための図。
[図 7]ディスプレイとレーザ走査位置の関係を説明するための図。
[図 8]システム ·オン ·ガラスディスプレイを説明するための図。
[図 9]一般的な基板上構成とレーザ照射によるシリコン膜の改質を示す図。
符号の説明
[0072] 1：半導体レーザ素子、 2：光ファイバ一、 3：直線バンドル、 4：光補整器、 5：対物レ ンズ、 6:レーザ光、 7:レーザ光、 8:線状レーザスポット、 9:半導体レーザ素子、 10: 光ファイバ一、 11:直線バンドル、 12:光補整器、 13:対物レンズ、 14:フォーカス用 半導体レーザ素子、 15:コリメートレンズ、 16:偏光ビームスプリッタ、 17:ビームスプ リツタ、 18:凸レンズ、 19:フォーカス信号生成器、 20:位相補償回路、 21:ドライバー 、 23:レーザ光、 23:フォーカスエラー信号、 24:平行光、 24A:波長分離板、 24A: 波長分離版、 26:メインレーザ系、 28:線状レーザビーム、 29:レーザ光、 30:スポッ ト回転器、 31:光軸、 32:線状レーザスポット、 33:角度、 34:半導体レーザ素子、 35 ：光ファイバ一、 36:直線バンドル、 37:光補整器、 38:対物レンズ、 39:ビームスプリ ッタ、 40:集光レンズ、 41:ラインセンサ、 42:マイクロプロセッサ、 43:レーザドライバ 一、 44:レーザ強度分布、 45:レーザ強度分布、 46:絶縁基板、 47:ステージ、 48: レーザ照射装置、 50:線状レーザスポット、 52:マザ一ガラス、 53:ディスプレイ、 53 A:画素部、 55 :Xドライバー回路、 Y56:ドライバー回路、 57:線状レーザスポット、 6 7:ドライバー回路、 68:ドライバー回路、 69:コントロール回路、 70:インタフェース回 路、 71:演算回路、 72:絶縁基板上、 72:絶縁基板、 73:アンダーコート膜、 75:線 状レーザビーム、 74:アモルファスシリコン膜面、 74B:ポリシリコン。

Claims

請求の範囲
[1] 被対象物をレーザ照射により改質するレーザ照射装置であって、
レーザ波長が 370ηπ！〜 480nmのレーザ光を出光する複数の第 1半導体レーザ素 子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力 値が 6W以上且つ 100W以下の線状レーザスポットを照射するレーザ照射装置。
[2] 前記複数の第 1半導体レーザ素子力 出光したレーザ光を伝送する光ファイバ一と 、該光ファイバ一を長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直 線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバ一から出光されるレーザ光を線 状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出光する光補整器と、該光補整器 力も出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズと を備えた請求項 1記載のレーザ照射装置。
[3] 前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが lun！〜 30 umであり、且つ長手方向の長さが lmm〜30mmの線状レーザスポットを整形する 請求項 2記載のレーザ照射装置。
[4] 被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信 号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レ ンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを備えた請求項 1乃至 3何れかに記載のレー ザ照射装置。
[5] 前記フォーカスエラー信号生成手段力 レーザ波長が 500nm〜900nmのレーザ フォーカス用のレーザ光を出光する第 2半導体レーザ素子を備えた請求項 4記載の レーザ照射装置。
[6] 前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強 度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第 1半導体レーザ素子 のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレ 一ザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段 とを備えた請求項 1乃至 5何れかに記載のレーザ照射装置。
[7] 前記制御手段が、複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続 して出力するパルス出力制御機能を有し、該パルス出力制御機能が、発振周波数を
0. 1ΜΗζ〜5ΜΗζゝパルスデューティを 10%〜90%、パルストップ出力（Pt)とパル スボトム出力（Pb)の比率（Pb/PtX100)を 50%以下の条件においてパルス発光する ように前記レーザドライバーを制御する請求項 6に記載のレーザ照射装置。
[8] 前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面内に 0° 〜90° の 角度範囲で回転させるスポット回転手段を備えたことを特徴とする請求項 1乃至 7何 れかに記載のレーザ照射装置。
[9] 前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面方向に対して相対 的に走査する走査機構を備えたことを特徴とする請求項 1乃至 8何れかに記載のレ 一ザ照射装置。
[10] 前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改 質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項 1乃至 9 何れかに記載のレーザ照射装置。
[11] レーザ波長を 370nm〜480nmとするレーザ光を出光する複数の第 1半導体レー ザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が線状レー ザスポットを照射することにより被対象物の改質を行うレーザ照射装置のレーザ照射 方法であって、
前記該半導体レーザ素子群の総照射出力値が 6W以上且つ 100W以下の線状レ 一ザスポットを被対象物に照射するレーザ照射方法。
[12] 前記複数の第 1半導体レーザ素子力 出光したレーザ光を伝送する光ファイバ一と 、該光ファイバ一を長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直 線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバ一から出光されるレーザ光を線 状に整形させ且つレーザ強度分布のトップを平滑ィ匕して出力する光補整器と、該光 補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レ ンズとを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記複数の第 1半導体レーザ素子力 出光したレーザ光を直線バンドルにより保 持された光ファイバ一により光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整 形させ且つレーザ強度分布を平滑ィ匕して対物レンズに出光し、該対物レンズが被対 象物に線状レーザスポットを集光して被対象物を改質する請求項 11記載のレーザ 照射方法。
[13] 前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが lun！〜 30 umであり、且つ長手方向の長さが lmm〜30mmに成型した線状レーザスポットを 被対象物に照射して被対象物を改質する請求項 12記載のレーザ照射方法。
[14] 被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信 号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レ ンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法で あって、
前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの 戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズ を被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行いながら被対象物を改質 する請求項 13記載のレーザ照射方法。
[15] レーザフォーカス用のレーザ光を出光する第 2半導体レーザ素子を有するフォー力 スエラー信号生成手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、 前記フォーカスエラー信号生成手段が、第 2半導体レーザ素子力 照射される波 長 500nm〜900nmのレーザフォーカス用レーザ光を用いてフォーカス制御を行い ながら被対象物を改質する請求項 14記載のレーザ照射方法。
[16] 前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強 度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第 1半導体レーザ素子 のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレ 一ザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段 とを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、 前記レーザドライバーが制御手段の制御下において複数の第 1半導体レーザ素子 のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項
15記載のレーザ照射方法。
[17] 前記複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力する パルス出力制御機能を有する制御手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法 であって、前記制御手段のパルス出力制御機能力 発振周波数を 0. 1ΜΗζ〜5Μ
Hz、パルスデューティを 10%〜90%、パルストップ出力（Pt)とパルスボトム出力（Pb
)の比率 (Pb/PtX100)を 50%以下の条件においてパルス発光するように前記レーザ ドライバーを制御する請求項 16に記載のレーザ照射方法。
[18] 前記線状レーザスポットを所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を備えた レーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
スポット回転手段力 線状レーザスポットを、被対象物の面内に 0° 〜90° の角度 範囲で回転させることにより被対象物を改質することを特徴とする請求項 11乃至 17 何れかに記載のレーザ照射方法。
[19] 前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的 に走査する走査機構を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、 前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査 しながら被対象物を改質することを特徴とする請求項 11乃至 18何れかに記載のレ 一ザ照射方法。
[20] 前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改 質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項 11乃至 1 9何れかに記載のレーザ照射装置のレーザ照射方法。
[21] 被対象物をレーザ照射により製造する被対象物の製造方法であって、
レーザ波長を 370nm〜480nmとするレーザ光を出光する複数の第 1半導体レー ザ素子を配置した半導体レーザ素子群を設け、該該半導体レーザ素子群が、総照 射出力値を 6W以上且つ 100W以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射し て被対象物を改質する被対象物の製造方法。
[22] 前記複数の第 1半導体レーザ素子力 出光したレーザ光を伝送する光ファイバ一と 、該光ファイバ一を長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直 線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバ一から出力されるレーザ光を線 状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出力する光補整器と、該光補整器 力も出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズと を設け、前記複数の第 1半導体レーザ素子から出光したレーザ光を直線バンドルに より保持された光ファイバ一により光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状 に整形させ且つレーザ強度分布を平滑ィ匕して対物レンズに照射し、該対物レンズが 被対象物に線状レーザスポットとして集光することを特徴とする請求項 21記載の被 対象物の製造方法。
[23] 前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが lun！〜 30 umであり、且つ長手方向の長さが lmm〜30mmに成型した線状レーザスポットを 被対象物に照射する請求項 22記載の被対象物の製造方法。
[24] 前記第 1半導体レーザ素子とはレーザ波長が異なる第 2半導体レーザ素子と、該 第 2半導体レーザ素子によりレーザ光を前記被対象物に照射した戻りレーザ光を基 にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の 面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを設け、
前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの 戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズ を被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行う請求項 21乃至 23何れ かに記載の被対象物の製造方法。
[25] レーザ波長を 500nm〜900nmとする第 2半導体レーザ素子を有するフォーカスェ ラー信号生成手段を設け、
前記フォーカスエラー信号生成手段が、第 2半導体レーザ素子力 照射される波 長 500nm〜900nmのレーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改 質することを特徴とする請求項 21乃至 24何れかに記載の被対象物の製造方法。
[26] 前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強 度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第 1半導体レーザ素子 のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレ 一ザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段 とを設け、
前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、 前記レーザドライバーが制御手段の制御において複数の第 1半導体レーザ素子のレ 一ザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項 21 乃至 25何れかに記載の被対象物の製造方法。
[27] 前記制御手段が、複数の第 1半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続 して出力するパルス出力制御を有し、該制御手段のパルス出力制御機能が、発振周 波数を 0. 1ΜΗζ〜5ΜΗζ、パルスデューティを 10%〜90%、パルストップ出力（Pt) とパルスボトム出力（Pb)の比率（Pb/PtX100)を 50%以下の条件においてパルス発 光するように前記レーザドライバーを制御する請求項 26に記載の被対象物の製造方 法。
[28] 前記線状レーザスポットを被対象物の面に対して所定の角度範囲で回転させるス ポット回転手段を設け、
スポット回転手段力 線状レーザスポットを被対象物の面内に 0° 〜90° で回転さ せることにより被対象物を改質することを特徴とする請求項 21乃至 27何れかに記載 の被対象物の製造方法。
[29] 前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的 に走査する走査機構を設け、
前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査 しながら被対象物を改質する請求項 21乃至 28何れかに記載の被対象物の製造方 法。
[30] 前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改 質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項 21乃至 2 9記載の改質された被対象物を製造する方法。
[31] 膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置で あって、
前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を 出光する半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力値が 6W以上且つ 100W以下の線状レーザスポットを出光するレーザ照射装置。
[32] 膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置の レーザ照射方法であって、
前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を 出光する半導体レーザ素子群を設け、該半導体レーザ素子群の総照射出力値を 6
W以上且つ 100W以下に設定しながら線状レーザスポットをアモルファスシリコン膜 に照射するレーザ照射方法。
レーザ照射により改質された膜厚がある被対象物の製造方法であって、 レーザ波長を被対象物の膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ光を出光する半導 体レーザ素子群を設け、前記該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を 6W以上 且つ 100W以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射する被対象物の製造方 法。
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